JP2010027235A - プラズマディスプレイ装置およびプラズマディスプレイパネル - Google Patents

プラズマディスプレイ装置およびプラズマディスプレイパネル Download PDF

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Abstract

【課題】明るく、高コントラスト、高画質なプラズマディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】放電空間を介して対向する前面基板21と背面基板28とを有し、前面基板21と背面基板28とによって形成される複数の放電セルを有し、その放電空間にはXeを含む混合ガスが封入されており、その放電セルにそれぞれ複数の赤、緑、青の蛍光体層32を有するプラズマディスプレイ装置は、少なくとも微弱放電によりリセット動作を行うものである。赤、緑、青の蛍光体層32には、それぞれの放電セルの、リセット放電の微弱放電の開始電圧が揃うように、結晶材料が配置されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル(PDP:Plasma Display Panel、プラズマパネルともいう)に関し、特に、黒表示時の輝度を低減させることにより、暗室コントラストを向上させ、高画質なプラズマディスプレイパネルを実現できるパネル構造、および駆動電源を含めたプラズマディスプレイ装置に関する。
近年、大型かつ厚みに薄いカラー表示装置として、プラズマディスプレイパネル(以下、PDPという)を備えたプラズマディスプレイ装置が期待されている。PDPには、その構造と駆動方法の違いから直流(DC)型と交流(AC)型に分類される。特に、交流面内放電型PDPは、構造の単純さと高信頼性のため、もっとも実用化の進んでいる方式であり、前面基板の上に表示放電を生じさせるための維持放電電極対(対をなすX電極とY電極)を平行に配列し、これと交差するようにアドレス電極(A電極)を背面基板の上に配列し、複数の放電セルをマトリクス状に配列した構造を有している。
PDPにおける一般的な画像の階調表示方式としてADS(Address Display-Period Separation)がある。ADS方式では、1フィールド(16.67ms)を所定の輝度比を有する複数のサブフィールドに分割し、それらのサブフィールドを画像に応じて選択的に発光させ、輝度の違いにより階調を表現している。さらにサブフィールドは、リセット期間、アドレス放電期間、維持放電期間で構成される。リセット期間では、マトリクス配列された全ての放電セル内の壁電圧をほぼ均一に揃えるため、維持放電電極対間に放電開始電圧以上の電圧を印加し、全ての放電セルでリセット放電を行う。アドレス放電期間では、全ての放電セルのうちの点灯すべき放電セルのみに、適量の壁電荷を生成するアドレス放電を行う。維持放電期間では、その壁電荷を利用して表示データの階調値に応じた維持放電を行う。
なお、本発明者らは、発明した結果に基づき、先行技術調査を行ったところ、以下の特許文献が抽出された。
特開2005−276447号公報(特許文献1)には、蛍光体層の表面にアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の弗化物を含む皮膜を形成し、蛍光体層表面の帯電特性を揃えることにより、パネル駆動時のアドレスミスの発生を少なくする技術が開示されている。
また、特開平11−86735号公報(特許文献2)には、蛍光体の表面に酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化バリウム、酸化亜鉛からなる層を形成し、蛍光体の極性をプラスにすることにより、アドレス電圧を低減させる技術が開示されている。
また、特開2006−59786号公報(特許文献3)には、前面基板と背面基板との少なくとも放電セルに面する部分に酸化マグネシウム結晶体を含む酸化マグネシウム層を形成し、この結晶体のPL発光によって、放電遅延特性や輝度特性を向上する技術が開示されている。
また、特開2008−66176号公報(特許文献4)には、蛍光体層に酸化マグネシウムを混合させることにより、リセット放電によって生じる暗コントラストの低下を防止する技術が開示されている。
特開2005−276447号公報 特開平11−86735号公報 特開2006−59786号公報 特開2008−66176号公報
PDPの表示性能は著しく向上し、輝度、精細度及びコントラストなどにおいてもブラウン管に近い性能が得られるようになってきている。PDPの高コントラスト化においては、特に、暗室コントラストを改善するために、さらなる黒表示時の輝度の低減が望まれている。暗室コントラストを向上させるためには、黒表示の輝度(黒輝度)を低減させることが有効とされている。
その一方で、アドレス放電期間において多くの表示ラインを高速でアドレスするためには、十分なリセット放電が必要であり、そのためにある程度の輝度(黒輝度)を伴ってしまう。このように安定動作と暗室コントラストは相反する関係にあるとされている。
前記特許文献1〜4に記載の技術のように、蛍光体層の表面に金属弗化物や金属酸化物の層を形成したり、酸化マグネシウム結晶を放電セルに面する部分や蛍光体層に混合させたりすることにより、リセット放電を生じさせるリセット電圧を低減させ、黒表示時の輝度をある程度低減させることができると考えられる。しかしながら、ただ単にリセット電圧を低下させるだけでは、黒輝度の大幅な低減には限界がある。
本発明者らは以下の問題を新たに見出した。リセット放電は、全ての放電セル内の壁電圧をほぼ均一に揃えるため、維持放電電極対間に維持放電の開始電圧以上の電圧を印加し、全ての放電セルで行われる。各放電セルのリセット放電の開始電圧(微弱放電開始電圧)はそれぞれに設けられた各色の蛍光体材料により異なり、例えば赤色発光用の蛍光体材料の微弱放電開始電圧は、緑色発光用の蛍光体材料より低い。このため、全ての放電セルをリセットするためには、最も微弱放電開始電圧の高い色(例えば緑色)の放電セルがリセットされるまで電圧を上げなくてはならない。これによって微弱放電開始電圧の低い色(例えば赤色)の放電セルは余分に放電させなければならず、不要な発光による輝度(黒輝度)が生じてしまう。
本発明の目的は、PDPの暗室コントラストを向上することのできる技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、PDPの黒輝度を低減することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
(1)第1方向に延在する複数の第1電極対を有する第1基板と、第1方向と交差する第2方向に延在する複数の第2電極を有する第2基板とが対向しており、複数の第1電極対と複数の第2電極との交差するそれぞれの位置に設けられた複数の放電セルを有するプラズマディスプレイパネルを備えるプラズマディスプレイ装置であって、
複数の放電セルはそれぞれ、第1基板とそれに対向する第2基板との間であって第2基板に設けられた隔壁によって囲まれた放電空間と、Xeを含み、放電空間を充填する放電ガスと、放電空間に接するように第2基板に設けられ、赤、青または緑のいずれかを発光する蛍光体層とを有しており、
複数の第1電極対に電圧が供給されて複数の放電セルで起こるリセット放電の開始電圧を揃えるものである。
(2)(1)において、赤、青、緑の蛍光体層のそれぞれには、複数の放電セルで起こるリセット放電の開始電圧が揃うように、異なる濃度の結晶材料を配置するものである。
(3)(2)において、結晶材料を、少なくとも蛍光体層の表面に配置するものである。
(4)(2)において、結晶材料を、蛍光体層を構成する材料と混合して配置するものである。
(5)(2)において、結晶材料を、少なくともアルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の弗化物、アルカリ土類金属の弗化物のいずれかで構成するものである。
(6)(5)において、結晶材料を、少なくとも酸化マグネシウムで構成するものである。
(7)(4)乃至(6)の何れかにおいて、結晶材料を、蛍光体層を含む重量比の30重量%以下で構成するものである。
(8)(1)乃至(7)の何れかにおいて、放電ガスのXe濃度を8%以上で構成するものである。
(9)第1基板とそれに対向する第2基板との間であって第2基板に設けられた隔壁によって囲まれた放電空間と、Xeを含み、放電空間を充填する放電ガスと、
放電空間に接するように第2基板に設けられ、赤、青または緑のいずれかを発光する蛍光体層とを有する複数の放電セルを備えるプラズマディスプレイパネルであって、
蛍光体層は、第1、第2または第3蛍光体材料のいずれかと、それらの二次電子放出係数より大きい結晶材料とを含み、
第1蛍光体材料は、第2蛍光体材料より二次電子放出係数が大きく、
第2蛍光体材料は、第3蛍光体材料より二次電子放出係数が大きく、
第2蛍光体材料を含む蛍光体層では、第1蛍光体材料を含む蛍光体層より結晶材料が多く含まれ、
第3蛍光体材料を含む蛍光体層では、第2蛍光体材料を含む蛍光体層より結晶材料が多く含まれているものである。
(10)(9)において、結晶材料を、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の弗化物、またはアルカリ土類金属の弗化物で構成するものである。
(11)(10)において、結晶材料を、酸化マグネシウムで構成するものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
この一実施の形態によれば、PDPの暗室コントラストを向上することができる。また、PDPの黒輝度を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、本願においてPDPを構成する一対の基板の前面基板(第1基板)と背面基板(第2基板)は、両者を組み立ててパネル化した際に、蛍光体による発光が通過して表示面となる方を前面基板、表示面とならない方を背面基板として説明する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、50型フルHD(1920×1080画素)のPDPに適用した場合について説明する。この場合、セルピッチは縦580μm、横192μmとなる。
図1は本実施の形態におけるPDP100の要部を模式的に示す斜視図であり、図2は図1のA−A’線の断面図、図3は図1のB−B’線の断面図である。図1〜図3に示すPDP100は、構造を分かり易くするため、前面基板21を背面基板28から離して図示しているが、それぞれの厚さ方向(z方向)において前面基板21と背面基板28とが対向するように貼り合わせて一体化したものとなる。また、図1では、誘電体層26および保護膜27を透視した状態で示し、さらに保護膜27は一部を欠いた状態で示している。
PDP100は表示面側となる基板の前面基板21と背面側となる基板の背面基板28が対向して配置された構造となっている。前面基板21には第1方向(x方向)に延在する複数の維持放電電極対を構成するX電極22(22−1、22−2、22−3、…)とY電極23(23−1、23−2、23−3、…)が設けられており、背面基板28には第1方向と交差する第2方向(y方向)に延在する複数のアドレス電極を構成するA電極29が設けられている。
PDP100では、この複数の維持放電電極対(X電極22とY電極23の対)と複数のアドレス電極(A電極29)との交差するそれぞれの位置に複数の放電セル20が設けられている。この複数の放電セル20はそれぞれ前面基板21とそれに対向する背面基板28との間であって背面基板28に設けられた隔壁31によって囲まれた放電空間33と、Xeを含み、放電空間33を充填する放電ガス(図示せず)と、放電空間33に接するように背面基板28に設けられ、赤(32−R)、青(32−B)または緑(32−G)のいずれかを発光する蛍光体層32とを有している。
このPDP100は、表示放電を同一基板(前面基板21)に設けられた維持放電電極対を構成するX電極22とY電極23との間で発生させ、交流駆動される面内放電型である。この交流面内放電型は、構造の単純さと高信頼性に優れた構造である。
前面基板21は、例えばガラス基板などの透明基板で構成され、背面基板28との対向面上に、一定の距離を隔てて平行に形成される一対の維持放電電極を有している。一対の維持放電電極は、共通電極であるX電極22と、独立電極であるY電極23で構成されてx方向に延在して設けられている。X電極22およびY電極23は、発光を取り出すために、例えばITO(Indium Tin Oxide)などの透明な導電材料からなる。また、X電極22およびY電極23のそれぞれに接して、導電性を補うための不透明のXバス電極24(24−1、24−2、24−3、…)およびYバス電極25(25−1、25−2、25−3、…)がx方向に延在して設けられている。Xバス電極24およびYバス電極25は、例えば銀や銅、アルミニウムなどの低抵抗材料からなる。
X電極22、Y電極23およびXバス電極24、Yバス電極25は、交流駆動のために放電から絶縁されており、これらの電極は誘電体層26により被覆されている。誘電体層26は、電極の保護と、放電時に誘電体層表面に壁電荷を形成してメモリ機能を持たせるために、例えばSiOやBを主成分とするガラス系材料などの透明な絶縁材料からなる。この誘電体層26は、放電によるダメージを免れるために保護膜27により被覆されている。保護膜27は、例えば酸化マグネシウム(MgO)などの材料からなる。
このように前面基板21には、Xバス電極24、Yバス電極25及び、バス電極の短手方向に併設して表示ラインを形成するX電極22、Y電極23の維持放電電極対が配置してある。これらの電極は、誘電体層26に覆われ、誘電体層を覆うように酸化マグネシウムを主成分とする保護膜27が形成されている。
背面基板28は、例えばガラス基板で構成され、前面基板21との対向面上に前面基板21のX電極22およびY電極23と立体交差するようにy方向に延在して設けられたアドレス電極であるA電極29を有する。このA電極29は放電から絶縁するために誘電体層30によって被覆されている。
誘電体層30上には、放電の広がりを防止(放電の領域を規定)するためにA電極29間を区画する隔壁(リブともいう)31が、ボックス状に設けられている。隔壁31は例えばSiOやBを主成分とするガラス材料などの透明な絶縁材料からなる。PDP100は、高精細化に伴い、隣接する隔壁31間のピッチが狭小化されている。
各A電極29上に隔壁31で区画された領域には、蛍光体層32が、隔壁31間のその側面、および誘電体層30の表面(隔壁31間の溝面)を被覆して設けられている。この蛍光体層32には、赤色発光用の蛍光体層32−R、緑色発光用の蛍光体層32−G、青色発光用の蛍光体層32−Bが用いられている。
このように背面基板28にはA電極29が形成され、A電極29を覆うように誘電体層30が形成されており、隔壁31により画素形成のための放電セル20に分割されている。この隔壁31間の溝面を被覆する形で、赤、緑、青に発光する各蛍光体層32が、順次塗布されている。本実施の形態のPDPの特徴となる蛍光体層32の構成については後述する。
前面基板21の一対のX電極22、Y電極23と、背面基板28側のA電極29とが互いに概略直交するように(場合によっては、単に互いに交差するように)、前面基板21と背面基板28の向きを合わせて、前面基板21と背面基板28とが、基板周辺部に塗布された低融点ガラス(シールガラス)により封着される。また、前面基板21と背面基板28は、100μm程度のギャップを保って貼り合わされており、このギャップは放電空間33を構成する。放電空間33には、X電極22とY電極23との間の放電により真空紫外線を放射する放電ガスが封入(充填)されており、その放電ガスは、Xeを含み、例えばXe12%−Ne88%の混合ガス(希ガス)からなる。
このように、PDP100は、構造がシンプルであり、前面基板21側の維持放電電極対(X電極22、Y電極23)と背面基板28側のアドレス電極(A電極29)に電圧を選択的に印加することで、複数の放電セル20の内の所望の放電セルに放電を起こす。この放電により真空紫外線が発生し、発生した真空紫外線が、放電ガス側の背面基板28上に設けられた各色の蛍光体層32を励起することで赤、緑、青の発光を生じ、フルカラー表示が行われる。
図4は放電セル20において発生するプラズマ10を模式的に示す図であり、副画素の最小単位である放電セル1個を示している。放電空間33には、プラズマを生成するための放電ガス(図示せず)が充填されている。X電極22−Y電極23間に電圧を印加すると、放電ガスの電離によってプラズマ10が発生する。このプラズマ10からの紫外線が蛍光体層32を励起して発光させ、蛍光体層32からの発光は、前面基板21を透過して、それぞれの放電セルからの発光でディスプレイ画面を構成する。
図5は図4におけるプラズマ10中の荷電粒子(正または負の電荷を持った粒子)の動きを模式的に示した図である。図5中の3は負の電荷を持った粒子(例えば電子)、4は正の電荷を持った粒子(例えば正イオン)、5は正壁電荷、6は負壁電荷を示す。これは、PDP駆動中のある時点での電荷の状態を表しているものであり、その電荷配置に特別な意味は無い。
図5には、例として、Y電極23に負の電圧を、A電極29とX電極22に(相対的に)正の電圧を印加して放電が発生、終了した模式図を表している。この結果、Y電極23とX電極22の間の放電を開始するための補助となる壁電荷の形成(これを書き込みと称す)が行なわれている。この状態でY電極23とX電極22の間に適当な逆の電荷を印加すると、誘電体層26(および保護膜27)を介して両電極の間で放電が起こる。その放電終了後Y電極23とX電極22の印加電圧を逆にすると、新たに放電が発生する。これを繰り返すことにより継続的に放電を形成できる。これはいわゆる維持放電と呼ばれている。
図6は図1に示したPDP100に1枚の画を表示するのに要する1TVフィールド期間のタイムチャートの一例である。1TVフィールド期間40は複数の異なる発光回数を持つサブフィールド41乃至48に分割されている。これらサブフィールド毎の発光と非発光の選択により階調を表現することとなる。各サブフィールドはリセット期間49、発光セルを規定するアドレス放電期間50、維持放電期間51から構成されている。
図7は図6のアドレス放電期間50においてA電極、X電極、及びY電極に印加される電圧波形を示す。図中の52はアドレス放電期間50における1本のA電極に印加する電圧波形、53はX電極に印加する電圧波形、54、55はY電極のi番目と(i+1)番目に印加する電圧波形であり、それぞれの電圧をV0、V1、V2(V)とする。図7にA電極に印加する電圧パルスの幅をtとして示してある。
図7により、Y電極のi行目にスキャンパルス56が印加された時、A電極との交点に位置するセルでアドレス放電が起こる。また、Y電極のi行目にスキャンパルス56が印加された時、A電極がグラウンド電位(GND)であればアドレス放電は起こらない。このように、アドレス放電期間50においてY電極にはスキャンパルスが1回印加され、A電極にはスキャンパルスに対応して発光セルではV0、非発光セルではグラウンド電位となる。このアドレス放電が起こった放電セルでは、放電で生じた電荷が、Y電極を覆う誘電体層26および保護膜27の表面に形成される。この電荷によって発生する電界の助けによって維持放電のオンオフを制御できる。すなわち、アドレス放電を起こした放電セルは発光セルとなり、それ以外は非発光セルとなる。
図8は図6の維持放電期間51においてA電極、X電極、及びY電極に印加される電圧波形であり、維持放電電極であるX電極とY電極の間に一斉に印加される電圧パルスを示したものである。X電極には電圧波形58が、Y電極には電圧波形59が印加される。どちらも同じ極性の電圧V3(V)のパルスが交互に印加されることにより、X電極とY電極との間の相対電圧は反転を繰り返す。この間にX電極とY電極の間の放電ガス中で起こる放電を維持放電といい、維持放電はパルス的に交互に行なわれる。
また、図6で示したリセット期間49の役割は、前のサブフィールドにおける放電の履歴(壁電荷)をリセットし、全放電セルの壁電荷の状態を同じに揃え、かつアドレス放電にスムーズに移行できるような放電セルの電荷状態にしておくことである。図9は図6のリセット期間49においてA電極、X電極、及びY電極に印加される電圧波形を示した図である。また、図10は本発明の適用前のリセット期間における発光量を模式的に示した図である。なお、図10では、赤色発光用の蛍光体層は(Y,Gd)BO:Eu3+蛍光体材料のみから構成され、緑色発光用の蛍光体層はZnSiO:Mn2+蛍光体材料のみから構成され、青色発光用の蛍光体層はBaMgAl1017:Eu2+蛍光体材料のみから構成された場合を一例として示す。
Y電極に正の電圧を印加、徐徐に電圧を増加させていくと、あるところで放電開始電圧を超え(図10の矢印で指している)、微弱放電が発生する(正リセット)。リセット放電が、赤、青、緑の全ての放電セル(各色R、B、Gで示す)内の壁電圧をほぼ均一に揃えるため、維持放電やアドレス放電の開始電圧以上の電圧を印加するが、微弱放電とは、維持放電やアドレス放電よりも放電強度が弱い放電を示す。さらに電圧を上昇させた場合、この微弱放電によって生じた負の電荷がY電極の保護膜表面に形成されることにより、放電セルに印加されている電圧は放電開始電圧に保たれる。
ここから電圧を下げていくと暫くは放電が起こらず、更に下げていくとある所(図10の矢印で指している)から微弱放電が開始する(負リセット)。負リセットの微弱放電の開始電圧は正リセットの微弱放電の開始電圧とは逆極性の微弱放電の開始電圧である。ここで、負の電圧が最低電圧に到達したときに、赤、青、緑の全ての放電セル(各色R、B、Gで示す)がこの微弱放電の開始電圧に到達しており、全ての放電セルの状態が揃う。言い換えると、全ての放電セルの状態が同じになるように、リセットの電圧を設定してある。
この負リセットの微弱放電により、正リセット時にY電極側の保護膜表面に形成された余分な負の壁電荷が削られており、全ての放電セルは、負リセットの最低電圧以下の電圧を印加することにより微弱放電が開始されることに注意してほしい。ここから、電圧を戻した後、アドレス放電期間50となり、図7に示したようなスキャンが開始される。スキャンパルスの電圧は、アドレス放電が安定して動作するために、負リセットの最低電圧かそれよりやや大きい負電圧が印加され、アドレスパルスが印加されているセルでアドレス放電が発生する。
このようにリセットの役割は、全放電セルの壁電荷の状態を同じに揃え、アドレス放電にスムーズに移行出来るような放電セルの状態にしておくことである。そのためには、正リセットから負リセットまでの電圧振幅が、正リセットでの微弱放電開始電圧と負リセットでの微弱放電開始電圧の和になっていれば良い。この正リセットおよび負リセットにおいて、微弱放電を出来るだけ少なくし、微弱放電による不要な発光を減少させるためには、極力各放電セルの正リセットと負リセットの微弱放電の開始電圧を揃えることが重要である。
しかしながら、リセットにおける微弱放電の開始電圧は、図10に示したように、蛍光体の色毎により大きく異なる。そのため、全放電セルの状態を同じに揃えるために、微弱放電開始電圧の高い電圧に合わせてリセット電圧を設定しなければならず、微弱放電開始電圧の低い色の蛍光体は、放電開始電圧を超え、微弱放電開始電圧の高い放電セルが微弱放電を開始するまで、微弱放電し続けなければならない。このため、微弱放電開始電圧の低い放電セルは、不要な微弱放電を多く行わなければならず、これにより、多くの不要な発光を生じてしまう。
各蛍光体で微弱放電開始電圧が異なるのは、蛍光体の二次電子放出係数や、帯電量の違いによる。また微弱放電開始電圧の近い各色蛍光体を利用するのは有効であるが、色度、残光特性など良好なもので、かつ上記条件を満たすものを選定するのは難しく、かつ完全に微弱放電開始電圧を揃えるのは極めて困難である。
ここで、図1〜図3に示した本実施の形態のPDP100では、赤、緑、青のそれぞれの蛍光体層32に濃度の異なる結晶材料60を配置しているのが、そのPDP100と結晶材料を配置しない場合のPDPのリセット期間について図10および図11を用いて比較を行う。図11は図1のPDPのリセット期間における発光量を模式的に示した図であり、蛍光体層に結晶材料を配置した場合である。これに対し、図10では蛍光体層に結晶材料を配置しない場合である。なお、赤色発光用の蛍光体層32−Rには、例えば(Y,Gd)BO:Eu3+蛍光体材料が用いられ、緑色発光用の蛍光体層32−Gには、例えばZnSiO:Mn2+蛍光体材料が用いられ、青色発光用の蛍光体層32−Bには、例えばBaMgAl1017:Eu2+が用いられている。
また、図10、図11ともにY電極リセットの波形の一例と、そのときの発光量を模式的に図示しており、R、G、Bは赤色、緑色、青色の放電セルを示す。また、図中に示す矢印は微弱放電の開始する電圧の平均値を示している。平均値としたのは同じ色の放電セルであっても微弱放電の開始電圧は多少異なるためである。厳密には、全てのセルをリセットするためには、微弱放電の開始電圧の高いセルを考慮しなければならない。
図10に示すように、各蛍光体の微弱放電の開始電圧が異なると以下のように、不要な発光が増大する。正リセット電圧を徐徐に上げていくと、微弱放電開始電圧の低い赤蛍光体から、図中のRが指す電圧にて放電が開始する。その後、図中のBが指す電圧にて青蛍光体の微弱放電が開始し、更に図中のGが指す電圧まで上げていかないと緑蛍光体の微弱放電は開始しない。ここで、図に示すように、正リセット電圧は緑色の放電セルの微弱放電が開始するまで上げなければならないので、その間、赤蛍光体は発光し続けるため、最も微弱放電開始電圧の低い赤蛍光体の発光量が最も多いことがわかる。
その後、微弱放電開始電圧の低い赤蛍光体は、多く微弱放電をしたため、必要以上の壁電荷が形成されており、負リセットで電圧を下げていった場合、最初に放電が開始し、他の蛍光体に比べて必要以上に微弱放電を行わなければならず、不要な発光が増大する。
従って、各放電セルの微弱放電の開始電圧が揃っていれば、不要な発光を低減させることが出来る。そこで、本発明を適用した本実施の形態では、微弱放電の放電開始電圧を各色揃えており、その様子を図11に示している。
図11に示すように、微弱放電は同じ電圧から開始し、各色の微弱放電にともなう発光量が大きく減少しているのがわかる。理由は上記したとおり、不要な微弱放電を起こす必要が無く、不要な発光が低減したためである。理想的には、各色の放電開始電圧が厳密に同じの場合、微弱放電が起こる瞬間で停止すれば、全く発光させないことも可能である。なお、同じ色であってもセル毎の製造プロセスのバラツキなどにより、若干微弱放電の開始電圧が異なるため、それを吸収させるために、少しは発光させざるを得ない。
前記特許文献1〜4に記載の技術のように、蛍光体層の表面に金属弗化物や金属酸化物の層を形成したり、酸化マグネシウム結晶を放電セルに面する部分や蛍光体層に混合させたりすることにより、リセット放電を生じさせるリセット電圧を低減させ、黒表示時の輝度をある程度低減させることができると考えられる。しかしながら、各放電セルの電圧を同じだけ下げたのでは、不要な発光はあまり低減できず、効果はほとんどないことを明記しておく。重要なのは各放電セルの放電開始電圧を揃えることである。このように、放電開始電圧を低いところで揃えれば、低電圧の素子を用いて、回路コストが低減できるという効果がある。
さらに、蛍光体層に結晶材料を配置した場合には、リセット時の偶発的な強放電の発生による黒表示時の輝度の上昇を抑えるという効果もある。強放電とは、リセット電圧を徐徐に印加していったとき、放電遅れ等の原因により微弱放電が起こりにくくなっている状態において、偶発的、パルス的に発生する強い放電のことである。この強放電は強い発光を伴うため、黒輝度の悪化を招く。またリセット時の壁電荷形成の妨げとなるため、発生しないほうが良い。
上記したように強放電が発生するのは、微弱放電が起こりにくくなっているためであり、微弱放電が発生しにくいのは、放電の種となるプライミング粒子の不足に起因する。放電発生のメカニズムは次のようである。電極間に種電子が発生し、電界で加速され、原子や分子をイオン化、イオンは陰極に衝突し、さらに二次電子を放出、電子増倍を繰り返すことによって放電が発生する。ここで結晶材料は種電子の発生に関与する。放電の種となる種電子は、結晶準位の価電子帯と伝導帯の間で、伝導帯から僅かに低いところに存在するトラップ準位に捕捉されていた電子が、電界効果やオージェ過程により放電空間に飛び出すことによって発生する。トラップ準位への電子の捕捉はアドレス放電の前の放電で真空紫外線の結晶材料への照射もしくは荷電粒子の結晶材料への衝突によって行なわれる。また結晶材料は、蛍光体よりも二次電子放出係数(γ)が大きいため、アドレス電極が陰極時に二次電子放出を増大させる役割も果たす。これにより放電が起こりやすくなる。このように、結晶材料を蛍光体に配置することで、強放電を防止でき、黒表示時の輝度の上昇を抑えることができる。さらに、リセット時に安定して壁電荷を形成できるため、PDPの安定した動作が可能となる。
次に、本実施の形態におけるPDPの特徴である蛍光体層の構成、および微弱放電開始電圧を揃える方法について説明する。なお、各放電セルにおいて、放電セル構造、放電ガス、Y電極側の保護膜材料は同一である。このため、各蛍光体で微弱放電開始電圧が異なるのは、蛍光体の二次電子放出係数や、帯電量の違いによる。
図9、図11に示すように、正リセット時にはY電極側は正となる。このとき蛍光体側のA電極側は相対的にマイナスとなる。即ち、Y電極側が陽極であり、A電極側が陰極となる。このとき微弱放電開始電圧には、蛍光体の二次電子放出係数(γ)が重要である(Y電極側の保護膜材料は各色共通である)。また帯電量も重要である。即ち、各色蛍光体の二次電子放出係数や帯電量が同じであれば、微弱放電開始電圧は同じとなる。各色蛍光体の組成が大きく異なるため、図10に示したように、各色蛍光体の微弱放電開始電圧が異なってしまう。
本実施の形態では、赤、青、緑の蛍光体層のそれぞれには、複数の放電セルで起こるリセット放電の開始電圧が揃うように、異なる濃度の結晶材料を配置している。すなわち、各色の蛍光体の二次電子放出係数や、帯電量を調整して、各色のリセット放電の微弱放電開始電圧を揃えるには、蛍光体に比べて二次電子放出係数や帯電量の大きな材料(図1〜図3の結晶材料60)を蛍光体に混合してやれば良い。
また、三色の第1、第2、第3蛍光体材料の帯電量が一定であって、第1蛍光体材料が第2蛍光体材料より二次電子放出係数が大きく、第2蛍光体材料が第3蛍光体材料より二次電子放出係数が大きい場合、第2蛍光体材料を含む蛍光体層では第1蛍光体材料を含む蛍光体層より結晶材料を多く含み、第3蛍光体材料を含む蛍光体層では第2蛍光体材料を含む蛍光体層より結晶材料を多く含むことによって、各色の微弱放電開始電圧を揃えることができる。なお、帯電量を一定とする場合には、例えば、第1、第2、第3蛍光体材料の帯電量のみを測定し、それら蛍光体材料の表面に調整用の膜を形成すれば良い。
本実施の形態では、図1〜図3に示した赤色発光用の蛍光体層32−Rには(Y,Gd)BO:Eu3+蛍光体材料(第1蛍光体材料)、緑色発光用の蛍光体層32−GにはZnSiO:Mn2+蛍光体材料(第3蛍光体材料)、青色発光用の蛍光体層32−BにはBaMgAl1017:Eu2+蛍光体材料(第2蛍光体材料)を用いている。これに限らず、蛍光体層32−RにY(PV)O:Eu3+、蛍光体層32−GにYBO:Tb3+、蛍光体層32−BにY(P,V)Oなど、もしくはこれらの混合物等を用いても良い。どのような蛍光体材料を用いたとしても、重要なのは、複数の維持放電電極対に電圧が供給されて複数の放電セルで起こるリセット放電の微弱放電の開始電圧を揃えることである。
また、本実施の形態における結晶材料60は、例えば、仕事関数の小さい、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物や、弗化物などであり、結晶材料が、少なくともアルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の弗化物、アルカリ土類金属の弗化物のいずれかで構成されていれば良い。
本実施の形態では、結晶材料60として、酸化マグネシウムの結晶(MgO結晶)を用いた。MgO結晶は、化学的、物理的な安定性において製造プロセスが容易であり、二次電子放出係数(γ)が大きく、また電子放出材料としても機能する。ここで、微弱放電開始電圧が揃うように、各色蛍光体に混合する量を調整することが重要である。また、上記混合物は、各色蛍光体表面にあるものが特に重要である。蛍光体表面上に配置しても良いし、蛍光体に混ぜて、一部が表面に出るようにしても良い。
図1〜図3に示す蛍光体層32の形成方法について説明する。まず、蛍光体粉黛とビヒクルを混合し、蛍光体ペーストを形成する。この蛍光体ペーストに、さらにMgO結晶を混合し、脱泡撹拌機により十分に混合・脱泡してペーストを形成する。このとき、各色ペーストは、それぞれ濃度を変化させてMgO結晶を混合する。このペースト各色をパネルに印刷し、乾燥、焼成し蛍光体を各セルに配置する。
また、本実施の形態では、蛍光体ペーストにMgO結晶を混合させパネルに印刷したが、MgO結晶を含まない蛍光体ペーストをパネルに印刷、乾燥させた後に、MgO結晶を有機溶剤等に混合させた溶液をスプレー法などにより蛍光体表面に散布しても良い。この場合は、異なる色の蛍光体をマスクしながら散布するなどし、蛍光体の各色のそれぞれで異なる濃度を表面に散布することが重要である。
本実施の形態におけるPDP100では、リセット放電の微弱放電開始電圧を揃え、黒輝度を低減させ、暗室コントラストを向上させることを目的としている。ここで、図1〜図3に示したPDP100の微弱放電開始電圧を評価した。図12に各色に混合するMgO結晶の濃度を変化させて正リセットの微弱放電の開始電圧を測定した結果を示す。横軸は蛍光体に混合したMgO結晶(結晶材料60)の量を、全重量に対するMgO重量%で示してある。縦軸は、A電極側を正にとっているためマイナスの値となっており、絶対値で小さい値が、微弱放電の開始電圧が低いことを示す。
図12に示すようにMgO混合濃度0%では、緑蛍光体の微弱放電の開始電圧が最も高く、次に青蛍光体、一番低いのは赤蛍光体となっている。混合するMgO結晶の量を増大させていくと、赤、青、緑の蛍光体のすべてにおいて、正リセットの微弱放電の開始電圧が低下していくのがわかる。特に、緑蛍光体について、混合濃度に対する微弱放電開始電圧の低減量が著しいことがわかる。これは緑蛍光体の微弱放電開始電圧と、混合したMgOの微弱放電開始電圧が、大きく異なっているためと考えられる。また図12より、混合濃度に対して微弱放電の開始電圧が飽和する傾向にあることもわかる。
PDPを構成するにあたり、図12を参照して微弱放電開始電圧を−300Vに揃えるには、赤蛍光体に2%、青蛍光体に4%、緑蛍光体に8%程度のMgO結晶を混合すれば良い。また、微弱放電開始電圧を−250Vに揃えるには、赤蛍光体に12%、青蛍光体に13%、緑蛍光体に15%程度のMgO結晶を混合してやれば良いことがわかる。放電開始電圧を−300Vに対して−250Vと低いところで揃えれば、低電圧の素子を用いて、回路コストが低減できるという効果がある。
本実施の形態のPDP100では、赤蛍光体に12%、青蛍光体に13%、緑蛍光体に15%のMgO結晶を混合している。これによりPDP100のリセット期間における正リセットの電圧を、A電極−Y電極間の電位が−250Vとなるように設定している。このPDP100の黒輝度を測定したところ、MgO結晶を各蛍光体層に混合しない場合の0.5cd/mに対して、0.01cdcd/mと1/50に低減することができる。これにより3000:1であった暗室コントラストが、150000:1となり、超暗室高コントラストなPDPを実現することができる。
以上述べたように、各色の微弱放電の開始電圧が同じになるように、各色蛍光体に混合するMgO結晶の量を調整することにより、超暗室高コントラストなPDPを実現することができる。また、黒表示を強調するための光学フィルタの透過率を緩和させ、輝度を向上させることもできる。
次に、本実施の形態におけるPDP100と、そのPDP100を駆動する駆動電源(駆動回路ともいう)とを組み合わせて画像表示を行うよう構成されたプラズマディスプレイ装置およびその画像表示システムの構成について説明する。駆動電源は、映像源からの表示画面の信号を受取り、これをPDPの駆動信号に変換してPDPを駆動する。
図13は図1のPDP100を備えたプラズマディスプレイ装置200およびその画像表示システム300の構成を示す説明図である。プラズマディスプレイ装置200は、図1〜図3を参照して説明したアドレス電極であるA電極29、一方の維持電極(走査電極)であるY電極23、他方の維持電極であるX電極22を有するPDP100を備えている。このプラズマディスプレイ装置200は、さらに、A電極29を駆動するためのアドレス駆動回路101と、Y電極23を駆動するための維持・走査パルス出力回路102と、X電極22を駆動するための維持パルス出力回路103と、これらの出力回路を制御する駆動制御回路104と、入力信号の処理を行う信号処理回路105とを備えている。このようなプラズマディスプレイ装置200は、駆動制御回路104へ映像信号を供給し、その映像信号を生成する映像源201を備えて画像表示システム300を構成することができる。
プラズマディスプレイ装置200は、PDP100が完成した後、PDP100の電極とフレキシブル基板とを異方性導電フィルムによって接合する。その後、PDP100の放熱性を良くするために例えばアルミニウムなどの板が取り付けられ、この板の上にアドレス駆動回路101などの駆動回路が組み込まれるなどの工程を経て、プラズマディスプレイ装置200が完成する。
このプラズマディスプレイ装置200およびその画像表示システムは、リセット放電の微弱放電の開始電圧が揃うように、赤、緑、青の蛍光体層32のそれぞれに結晶材料が配置されたPDP100を有している。このため、黒表示時の輝度を低減させることにより、暗室コントラストを向上させ、高画質なプラズマディスプレイパネル100を備えたプラズマディスプレイ装置200およびその画像表示システム300を提供することができる。
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、二次電子放出係数や帯電量の大きい結晶材料(例えばMgO結晶)を、微弱放電開始電圧が同じになるように、各色蛍光体に量を調整して混合することにより、黒輝度を低減することができる。しかしながら、あまり結晶材料を多く混合させると蛍光体の量が減少するため、輝度が低下してしまうことが考えられる。そこで、本実施の形態では、PDPの輝度を考慮して蛍光体層に配置する結晶材料を用いたPDPについて説明する。なお、前記実施の形態1と重複する説明は省略する。
図14はMgO結晶の混合濃度とパネル輝度との関係を示す図である。MgO混合量が20%で9%輝度が低下し、さらに30%で13%輝度が低下するのがわかる。視覚で判断することができる15%以上の輝度が低下しないためには、MgO結晶の混合量は30%以下で構成されていることが望ましい。
この輝度低下について説明する。プラズマで発生した147nm及び173nm真空紫外線がMgO結晶を含む蛍光体層に照射された場合、蛍光体に照射された紫外線は蛍光体発光に使われる。一方MgO結晶に照射された場合には、MgO結晶に吸収されるか、もしくは反射する。MgO結晶に吸収された紫外線の一部はMgO結晶の準位を励起し、200nmから300nmの発光をする。この発光が蛍光体を励起させることができるが、殆どのエネルギーは消失してしまう。一方、MgO結晶に反射された紫外線の一部は蛍光体を発光させる。
このことは以下の実験で確認できる。まず、MgO結晶の混合濃度を変化させたサンプルに146nm波長のランプ光を照射し、輝度の変化を観察すると蛍光体層表面におけるMgO結晶の表面被覆率とほぼ同じだけ、輝度が低下するからである。この表面被覆率は混合濃度に比例する量である。即ち、MgO結晶に照射された147nm真空紫外線は、殆ど蛍光体の励起に使われていないことがわかる。次に、MgO結晶の混合濃度を変化させたサンプルに、172nm波長のランプ光を照射し、輝度の変化を観察すると、蛍光体層表面におけるMgO結晶の表面被覆率の半分程度の割合で輝度が低下する。即ち、MgO結晶に照射された173nm真空紫外線の半分程度は蛍光体の励起に使われていることがわかる。
この真空紫外線の波長の違いによる輝度低下の違いは以下の理由によるものである。図15は真空紫外線の発生強度と蛍光体量子効率を示す図であり、Xe12%の真空紫外線の発光スペクトルと、本実施の形態で用いた蛍光体の量子効率を示す。Xeの真空紫外発光領域においては、蛍光体の量子効率は殆ど変らない。またMgOのバンドギャップを図中に示す。バンドギャップのエネルギーは約7.8eVであり、約159nmの紫外線のエネルギーに対応する。ここで、約159nm以下の紫外線は吸収され、約159nm以上の紫外線のエネルギーは反射される。厳密には摂動がかかった表面準位において、159nmよりも長波長の真空紫外線も多少は吸収される。
以上より、輝度低下を抑制するには、約159nmよりも長波長側の真空紫外線を増加させてやれば良い。即ち、Xeによる173nmの分子発光を増大させてやれば良い。Xeによる173nm分子発光を増大させるためには、放電ガスのXe濃度を増大させてやれば良い。
図16はXe濃度に対する紫外線発生強度を示す図である。Xe濃度とは、理想気体において、体積百分率で示される、全放電ガス中のXeの含まれる割合である。理想気体においてはモル分率と同値である。Xe濃度とともに173nm真空紫外線が増大するのがわかる。これは、147nmがXeの共鳴線であるのに対して、173nmが分子Xe2の分子発光だからである。即ち、Xe分子形成はXe濃度とともに増大するからである。一方147nm共鳴線は、Xe濃度ともに励起の割合も増えるが、レゾナンストラッピング(Resonance trapping)によって吸収、失活する割合も増大するからである。
ここでXe濃度は高い方が良く、Xe8%以上では173nmが147nmの3倍の量となり、紫外線全体としての147nmの損失分がかなり緩和される。従ってXe濃度は8%以上が望ましい。
本実施の形態ではMgOのバンドギャップを例にとったが、多くの結晶のバンドギャップは真空紫外領域にあり、MgO結晶でなくても、効果のあることは明白である。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態では、面内放電ボックス型のPDPに適用した場合について説明したが、面内放電ストライプ型、対向放電ボックス型、対向放電ストライプ型のPDPにも適用することができる。
本発明は、画像表示装置、特に、電極間の放電で生じる真空紫外線によって蛍光体を励起して発光表示を行う画像表示装置に有効で、とりわけPDPを備えたプラズマディスプレイ装置の製造業に幅広く利用されるものである。
本発明の一実施の形態におけるPDPの要部を模式的に示す斜視図である。 図1のA−A’線の断面図である。 図1のB−B’線の断面図である。 放電セルにおいて発生するプラズマを模式的に示す図である。 図4におけるプラズマ中の荷電粒子の動きを模式的に示した図である。 図1のPDPに1枚の画を表示するのに要する1TVフィールド期間を示すタイムチャートである。 図6のアドレス放電期間においてA電極、X電極、及びY電極に印加される電圧波形である。 図6の維持放電期間においてA電極、X電極、及びY電極に印加される電圧波形である。 図6のリセット期間においてA電極、X電極、及びY電極に印加される電圧波形である。 本発明の適用前のリセット期間における発光量を模式的に示した図である。 図1のPDPのリセット期間における発光量を模式的に示した図である。 MgO結晶の混合濃度に対する微弱放電開始電圧を示す図である。 図1のPDPを備えたプラズマディスプレイ装置およびその画像表示システムの構成を示す説明図である。 MgO結晶の混合濃度に対するパネル輝度を示す図である。 真空紫外線の発生強度と蛍光体量子効率を示す図である。 Xe濃度に対する紫外線発生強度を示す図である。
符号の説明
3 負の電荷を持った粒子
4 正の電荷を持った粒子
5 正壁電荷
6 負壁電荷
10 プラズマ
20 放電セル
21 前面基板
22 X電極
23 Y電極
24 Xバス電極
25 Yバス電極
26 誘電体層
27 保護膜
28 背面基板
29 A電極
30 誘電体層
31 隔壁
32 蛍光体層
33 放電空間
40 1TVフィールド期間
41、42、43、44、45、46、47、48 サブフィールド
49 リセット期間
50 アドレス放電期間
51 維持放電期間
52、53、54、55 電圧波形
56、57 スキャンパルス
58、59 電圧波形
60 結晶材料
100 PDP
101 アドレス駆動回路
102 維持・走査パルス出力回路
103 維持パルス出力回路
104 駆動制御回路
105 信号処理回路
200 プラズマディスプレイ装置
201 映像源
300 画像表示システム

Claims (11)

  1. 第1方向に延在する複数の第1電極対を有する第1基板と、前記第1方向と交差する第2方向に延在する複数の第2電極を有する第2基板とが対向しており、前記複数の第1電極対と前記複数の第2電極との交差するそれぞれの位置に設けられた複数の放電セルを有するプラズマディスプレイパネルを備え、
    前記複数の放電セルはそれぞれ、前記第1基板とそれに対向する前記第2基板との間であって前記第2基板に設けられた隔壁によって囲まれた放電空間と、Xeを含み、前記放電空間を充填する放電ガスと、前記放電空間に接するように前記第2基板に設けられ、赤、青または緑のいずれかを発光する蛍光体層とを有しており、
    前記複数の第1電極対に電圧が供給されて前記複数の放電セルで起こるリセット放電の開始電圧が揃っていることを特徴とするプラズマディスプレイ装置。
  2. 前記赤、青、緑の蛍光体層のそれぞれには、前記複数の放電セルで起こるリセット放電の開始電圧が揃うように、異なる濃度の結晶材料が配置されていることを特徴とする請求項1記載のプラズマディスプレイ装置。
  3. 前記結晶材料が、少なくとも前記蛍光体層の表面に配置されていることを特徴とする請求項2記載のプラズマディスプレイ装置。
  4. 前記結晶材料が、前記蛍光体層を構成する材料と混合して配置されていることを特徴とする請求項2記載のプラズマディスプレイ装置。
  5. 前記結晶材料が、少なくともアルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の弗化物、アルカリ土類金属の弗化物のいずれかで構成されていることを特徴とする請求項2記載のプラズマディスプレイ装置。
  6. 前記結晶材料が、少なくとも酸化マグネシウムで構成されていることを特徴とする請求項5記載のプラズマディスプレイ装置。
  7. 前記結晶材料が、前記蛍光体層を含む重量比の30重量%以下で構成されていることを特徴とする請求項4乃至6の何れか一項に記載のプラズマディスプレイ装置。
  8. 前記放電ガスのXe濃度が8%以上で構成されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載のプラズマディスプレイ装置。
  9. 第1基板とそれに対向する第2基板との間であって前記第2基板に設けられた隔壁によって囲まれた放電空間と、
    Xeを含み、前記放電空間を充填する放電ガスと、
    前記放電空間に接するように前記第2基板に設けられ、赤、青または緑のいずれかを発光する蛍光体層とを有する複数の放電セルを備え、
    前記蛍光体層は、第1、第2または第3蛍光体材料のいずれかと、それらの二次電子放出係数より大きい結晶材料とを含み、
    前記第1蛍光体材料は、前記第2蛍光体材料より二次電子放出係数が大きく、
    前記第2蛍光体材料は、前記第3蛍光体材料より二次電子放出係数が大きく、
    前記第2蛍光体材料を含む前記蛍光体層では、前記第1蛍光体材料を含む前記蛍光体層より前記結晶材料が多く含まれ、
    前記第3蛍光体材料を含む前記蛍光体層では、前記第2蛍光体材料を含む前記蛍光体層より前記結晶材料が多く含まれていることを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
  10. 前記結晶材料は、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属の弗化物、またはアルカリ土類金属の弗化物で構成されていることを特徴とする請求項9記載のプラズマディスプレイパネル。
  11. 前記結晶材料は、酸化マグネシウムで構成されていることを特徴とする請求項10記載のプラズマディスプレイパネル。
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